無功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇（主要指電動機(jī)）和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇（指集中和局部分組補(bǔ)償）。
K1為電容
配比系數(shù)，一般取0.85<K11;Qo為電動機(jī)空載激勵無功功率；K2為電動機(jī)空載電流和額定電流之比，對多極小功率電動機(jī)取K2=0.40~0.45,對少極大功率電動機(jī)取K2=0.20~0.40.這樣。式變?yōu)椋?/div>
Qc=K1K2Pe=（0.2~0.4）Pe
考慮負(fù)載率及極對數(shù)等因素，按式（5）選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會出現(xiàn)過補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?.90以上。若以額定負(fù)載下補(bǔ)償?shù)絚os?2=1,則空載或輕載時電動機(jī)必然要過補(bǔ)償，這樣既影響電壓，又會使電動機(jī)在斷電后，由于電容的放電供給電動機(jī)勵磁電流，使仍在旋轉(zhuǎn)著的電動機(jī)成為異步發(fā)電機(jī)，從而使電壓超過額定電壓，對電動機(jī)的絕緣和電容器都不利。
此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，對一般情況都可行，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機(jī)和負(fù)載率較低的電動機(jī)。但是對于Io/Ie較低的電動機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。
?。?）根據(jù)Qo<Qc<Qβ的條件選擇。
Qo<Qc<Qo+（Qe-Qo）β2[2]
其中
Qe=Petgψe/ηe
若電動機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率β=1,則：
Qo<Qc<Qe式中：Qβ、ηβ、tgψe分別表示電動機(jī)負(fù)載率為β時吸收的無功功率，電動機(jī)的額定效率，電動機(jī)額定功率因數(shù)角對應(yīng)的正切值。
根據(jù)電機(jī)學(xué)知識可知，對于Io/Ie較低的電動機(jī)（少極、大功率電動機(jī)），在較高的負(fù)載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較高的大功率電動機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，采用（5）式選取其補(bǔ)償效果是不夠的，而采用（6）式來選取是合理的。
但是采用此法，在電機(jī)一旦輕載或空載及電機(jī)脫離電網(wǎng)時，要在補(bǔ)償電容和電機(jī)之間加裝必要的分離措施，以防止電機(jī)過電壓的產(chǎn)生及無功倒送現(xiàn)象的發(fā)生。
?。?）按實(shí)際負(fù)荷選取補(bǔ)償容量Qc.
Qc=P（tgψ1-tgψ2）
式中P為電動機(jī)實(shí)測功率。tgψ1、tgψ2為補(bǔ)償前后功率因數(shù)角對應(yīng)的正切值。
此法適用于任何一般感性負(fù)荷需要精確補(bǔ)償?shù)木偷匮a(bǔ)償容量的計(jì)算。對cosψ2必須作適應(yīng)的要求，以補(bǔ)償后cosψ2=0.95為佳，太高的cosψ2沒有多大的經(jīng)濟(jì)意義。
按此法計(jì)算的Qc亦可用于對變流裝置的就地補(bǔ)償，但考慮諧波影響時，一般要在補(bǔ)償電容回路中加裝適當(dāng)?shù)拇?lián)電抗器。另外，按此法取值要驗(yàn)算其是否超過Qo,以便必要時采取自激過電壓的措施。
為了更好地說明就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)男б婧脱a(bǔ)償容量的選擇，分析實(shí)例加以說明。如我公司新地水廠水泵高壓電機(jī)參數(shù)為：Pe=220kW,Ie=15.7A,?e=90.6%,Ne=1460r/min,Io=4.8A,cosψe=0.86,實(shí)測自然率因數(shù)cosψ1=0.783,P=209kW,I=14.7A,系統(tǒng)總電抗值8?.
補(bǔ)償容量的選擇計(jì)算：
1）按（5）式計(jì)算，并取K1=1Qo=K1.K2.Pe=K1.Io.Pe/Ie=67.3kvar
根據(jù)Qo值和實(shí)測數(shù)據(jù)，由（9）式可求得cosψ2=0.904,補(bǔ)償基本符合要求，但不夠理想（實(shí)際中選標(biāo)準(zhǔn)容量60kvar）。
2）按（6）式條件配置，考慮cosψ2不大于0.95,,Qo<Qc<Q0+（Pe.tgηe/ηe-Qo）（P/Pe）267.3<Qc<137（kvar） 在67.3~137kvar選擇標(biāo)準(zhǔn)容量，取Qc=100kvar.
3）按（9）式條件配置，取cosψ2=0.95Qc=100kvarQc=P（tgψ1-tgψ2）=97kvar,選標(biāo)準(zhǔn)容量，
線路損耗計(jì)算：
1）cos?1=0.783時，計(jì)算每年（365天）線路損耗ΔW1,即在自然條件下，未安裝無功補(bǔ)償?shù)膿p耗。
ΔW1=3R（Icosψ12）。t=27848kWh
2）cosψ2=0.905時q每年線路損耗ΔW2
比自然條件下每年可省電7003kWh,有功損耗降低25%.
3）同理可求出cos?2=0.950時，線路損耗？W3=18917kWh,比自然條件下省電8930kWh,損耗降低32%.比cos?2=0.905時，省電1928kWh,損耗降低7%.
此例說明無功補(bǔ)償效益相當(dāng)顯著，我公司電力負(fù)荷均安裝了無功補(bǔ)償，每年可減少系統(tǒng)損耗10多萬kWh,不到2年可回收全部投資。同時說明，電動機(jī)就地補(bǔ)償容量的配置最佳選擇方法是測量P和cos?1,用（9）式選取；對于大功率高速接近滿負(fù)荷運(yùn)行的電機(jī)，用（5）式配置容量不夠合理，用（6）式選擇比較理想。
2.多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇
多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇同（9）相似，都是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來確定。
對已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：
Qe=KmKj（tgψ1-tgψ2）/Tm[3]
式中：Km為最大負(fù)荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補(bǔ)償容量計(jì)算系數(shù)，可取0.8~0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時數(shù)；tgψ1、tgψ2意義同前，tgψ1由有功和無功電能表讀數(shù)求得。
?。?）對處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè)，無功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：
Qc=KnPn（tgψ1-tgψ2）[3]
式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7~0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和；tgψ1、tgψ2意義同前。tgψ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosψ1.
上式P1qP2…Pn為各設(shè)備的實(shí)際功率，cosQ1qcosQ2…cosQn為各設(shè)備的實(shí)際功率因數(shù)。
多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡單，運(yùn)行可靠、利用率較高。但
電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷運(yùn)行時，會造成過補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)量變壞。因此這種方法選擇的容量，對于低壓來說最好采用電容器組自動控制補(bǔ)償，即根據(jù)負(fù)荷大小自動投入無功補(bǔ)償容量的多少，對高壓來說應(yīng)考慮采取防過補(bǔ)償措施。
3補(bǔ)償容量優(yōu)化法
無功補(bǔ)償容量的優(yōu)化法是：分別從網(wǎng)損最小、年運(yùn)行費(fèi)用最小、年支出費(fèi)用最小的觀點(diǎn)出發(fā)，求出最佳補(bǔ)償容量的算法。這些算法的特點(diǎn)是：求得所要求的量值的數(shù)學(xué)表達(dá)式，然后用求函數(shù)極值的方法，求得補(bǔ)償容量。是一些古典的求極值算法，故稱為經(jīng)典優(yōu)化法。
3.1按網(wǎng)損最小確定補(bǔ)償容量
無功補(bǔ)償?shù)哪康氖墙祿p節(jié)能，因此，從網(wǎng)損最小的觀點(diǎn)出發(fā)來確定補(bǔ)償容量是很重要的。如圖1,各段時間內(nèi)的總無功負(fù)荷為Q,,Q:,…，Q.,假定網(wǎng)絡(luò)總補(bǔ)償容量為Q.,則全年的電能損耗和無功負(fù)荷的關(guān)系為：
其中：△Pc是補(bǔ)償電容每Kvar的有功損耗（kW）；T是年運(yùn)行時間（h）；R是補(bǔ)償點(diǎn)至電源的等值電阻（Ω）。為使網(wǎng)損最小，可將網(wǎng)損△A對Qc微分，并命其為0,則其：
這種算法比較簡單，但沒有計(jì)人補(bǔ)償電容所需要的費(fèi)用。該算法所能保證的只是網(wǎng)損最小，但如果考慮安裝補(bǔ)償電容的費(fèi)用，不一定是最經(jīng)濟(jì)的。
年運(yùn)行費(fèi)用由兩部分組成：第1部分是加裝電容器后網(wǎng)絡(luò)損耗的電價，即F1=△A×β，△A是年電能損耗（kW.h），β是有功電價[元/（kW.h）]第2部分是
補(bǔ)償裝置的年運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用，即F2=KaKcQc,其中Kc是裝設(shè)單位補(bǔ)償容量的綜合投資（元/Kvar），Ka是補(bǔ)償裝置的維護(hù)費(fèi)用率（%）。年運(yùn)行費(fèi)用F=F1十F2=△A ×β十KaKcQc,將△A值代人。為使F最小，將F對Qc微分并命其為0,得：1.2按年運(yùn)行費(fèi)用最小確定補(bǔ)償容量
3.3 按年支出費(fèi)用最小確定補(bǔ)償容量
年支出費(fèi)用是指同時考慮年運(yùn)行費(fèi)和投資的回收。設(shè)投資每元錢的回收率為Ke%,年支出費(fèi)用為：Z=F+KeKcQc,其中F是年運(yùn)行費(fèi)用；Ke是投資每元錢的回收率。該式采用直線平均法，將
電容補(bǔ)償的總投資平均分?jǐn)傇诟鱾€年度。為使年支出費(fèi)用最小，將Z對Qc微分并令其為0,從而可求得：
上述3種方法的基本思想和計(jì)算公式的形式很相似，但其所計(jì)及的因數(shù)和獲得的經(jīng)濟(jì)效益卻各不相同，所以其適應(yīng)的范圍也因此而異。通過分析，可見；第1種方法的補(bǔ)償量和投資均是最大的；第2種方法的補(bǔ)償量和投資皆居中；第3種方法的補(bǔ)償量最小，因此其所用的投資也最小。
分支線路中補(bǔ)償容量的最佳分配
在此仍然采用經(jīng)典優(yōu)化法。首先求出線路的總損耗△p的表達(dá)式，為了使總損耗最小，將△p對分支的補(bǔ)償容量Qci微分并令其為o,便可求得各分支的最佳補(bǔ)償容量Qci.
輻射分支線路中的補(bǔ)償容量的最佳分配
圖2所示的輻射式分支網(wǎng)絡(luò)中，若其共有n個分支，則裝置的總?cè)萘縌c在各個分支中應(yīng)該進(jìn)行合理分配?？倱p耗表達(dá)式為：
將△p對Qci微分并令其為0,得：
（Q-Qci）Ri=（Q-Qc）R
其中：Q是網(wǎng)絡(luò)總無功負(fù)荷；Qc是補(bǔ)償總?cè)萘?；只是全網(wǎng)等值電阻。從該式可得：
這說明：在輻射分支網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)無功總負(fù)荷Q、總補(bǔ)償容量Qc及各分支無功Qi為已知的條件下，各分支的補(bǔ)償容量Qci只取決于全網(wǎng)等效電阻尺和各個分支電阻Ri.
非純輻射分支線路中的補(bǔ)償容量的最佳分配
典型的非純輻射電網(wǎng)如圖3所示，如果要在第i個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，則要對第i一1個節(jié)點(diǎn)和i個節(jié)點(diǎn)的情況聯(lián)合考慮。如果第i一1個節(jié)點(diǎn)和i個節(jié)點(diǎn)之間的無功容量為Qi-1,而節(jié)點(diǎn)i一1和i之間的總補(bǔ)償容量為Qci-1,i,則兩者可分別視為節(jié)點(diǎn)i之后的總無功需求量和總補(bǔ)償容量。如此可套用上式，得：
其中：Q是第i個分支的無功負(fù)荷（Kvar），R∑i是第i個節(jié)點(diǎn)后網(wǎng)絡(luò)的等效電阻（Ω），Ri是第i個分支的電阻（Ω），而且
近年來，我國電力裝機(jī)容量逐年遞增，大大緩解了供電緊張的局面。伴隨著供電量的增加，
電網(wǎng)建設(shè)的速度明顯滯后，網(wǎng)絡(luò)損耗問題日益突出。大家普遍認(rèn)識到降低網(wǎng)損是供電部門減小供電成本的重要突破口，也是今后增加供電量的重要手段。由于配電網(wǎng)建設(shè)嚴(yán)重滯后，網(wǎng)架薄弱，設(shè)施老化，線路長（有的l0kv線路長50~70km），線徑小，配電變壓器也
大部分存在高能耗問題，所以降低損耗應(yīng)主要從城市的配電網(wǎng)著手。從降低網(wǎng)損和提高供電
可靠性的角度出發(fā)，l0kv配電線路的長度應(yīng)控制在l0km以內(nèi)。
10KV配電線路的損耗高，給電力部門帶來了不必要的損失，間接提高了電價，加之電能質(zhì)量不合格，也影響了用戶的用電積極性。
配電網(wǎng)降低網(wǎng)損有以下四種途徑：（1）改造配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提高電壓等級，增加變電所站，合理分配有功和無功；（2）使用低能耗變壓器；（3）加大
導(dǎo)線截面，縮短供電半徑；（4）無功功率補(bǔ)償。采取何種措施，主要應(yīng)根據(jù)所在地的實(shí)際損耗情況和資金情況予以考慮。第一種改造措施是基于對配電網(wǎng)長遠(yuǎn)發(fā)展考慮的好辦法，它合理地改造不盡完善的配電網(wǎng)，可以為配電網(wǎng)提供10年以上高效、穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，但是工程投資巨大，回收期長，多數(shù)供電企業(yè)目前都難以啟動這項(xiàng)工作。第二、三種措施投資相對較小，但造價仍很可觀，資金充裕的地區(qū)可以考慮，第四種措施投資最少，且由于我國配電網(wǎng)長期以來無功匱乏，造成的網(wǎng)極為可觀，通過無功補(bǔ)償來降低網(wǎng)損和提高電壓是一種投資少、回報高的方案。對配電變壓器低壓側(cè)的補(bǔ)償不但可以降低線路的損耗，而且可以降低配變的損耗，一些高能耗變壓器因損耗降低還可以延遲退役，電壓質(zhì)量也會因此改善。
配電網(wǎng)無功補(bǔ)償應(yīng)注意的幾個問題
隨著無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，低壓側(cè)無功補(bǔ)償技術(shù)在
配電系統(tǒng)中也開始普及，從
靜態(tài)補(bǔ)償到
動態(tài)補(bǔ)償，從有觸點(diǎn)補(bǔ)償?shù)綗o觸點(diǎn)補(bǔ)償，這些都已取得豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但在實(shí)踐過程中也暴露了一些問題，必須引起重視。
10kv配電網(wǎng)低壓側(cè)的無功補(bǔ)償工作應(yīng)更多地考慮系統(tǒng)的特點(diǎn)，不應(yīng)因電壓等級低、補(bǔ)償容量小而忽視補(bǔ)償設(shè)備對系統(tǒng)側(cè)的影響（包括網(wǎng)損）。如果需降損的線路能基于一個完善的補(bǔ)償方案進(jìn)行改造，則電力系統(tǒng)側(cè)的收益將要比分散的純用戶行為的補(bǔ)償方式大得多。
?。?）補(bǔ)償方式問題。目前很多部門無功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點(diǎn)還放在用戶側(cè)，即只注意補(bǔ)償用戶的功率因數(shù)，而不是立足于降低電網(wǎng)的損耗。如為提高某電力負(fù)荷的功率因數(shù)，增設(shè)1臺補(bǔ)償箱，這固然會對降損有所幫助，但如果要實(shí)現(xiàn)有效的降損，必須通過計(jì)算無功潮流，確定各點(diǎn)的最優(yōu)補(bǔ)償量、補(bǔ)償方式，才能使有限的資金發(fā)揮最大的效益，這是從電力系統(tǒng)角度考慮問題的方法。
?。?）諧波問題。電容器具備一定的抗諧波能力，但諧波含量過大時會對電容器的壽命產(chǎn)生影響，甚至造成電容器的過早損壞，并且由于電容器對諧波有放大作用，因此使得系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重，此外，動態(tài)
無功補(bǔ)償柜的控制環(huán)節(jié)，容易受諧波干擾，造成控制失靈，因而在有較大諧波干擾、需考慮補(bǔ)償無功的地方，同時也應(yīng)考慮添加
濾波裝置，然而這一問題常常被忽視，致使一些補(bǔ)償設(shè)備莫名其妙地?fù)p壞，因此在做無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)時必須考慮
諧波治理。
?。?）無功倒送問題。無功倒送是電力系統(tǒng)所不允許的，因?yàn)樗鼤黾泳€路和變壓器損耗，加重線路負(fù)擔(dān)。無功補(bǔ)償設(shè)備的
生產(chǎn)廠家，雖然都強(qiáng)調(diào)自己的設(shè)備不會造成無功倒送，但是實(shí)際情況并非如此。對于接觸器控制的
補(bǔ)償柜，補(bǔ)償量是三相同調(diào)的，對于晶閘管控制的補(bǔ)償柜，雖然三相的補(bǔ)償量可以分調(diào)，但是很多廠家為了節(jié)約資金，只選擇一相采樣和無功分析，于是在三相負(fù)荷不對稱的情況下，就可能造成無功倒送；至于采用固定電容器補(bǔ)償方式的用戶，在負(fù)荷低谷時，也可能造成無功倒送。因此在選擇補(bǔ)償方式時，應(yīng)充分考慮這一點(diǎn)。
（4）電壓調(diào)節(jié)方式的無功補(bǔ)償帶來的問題。有些無功補(bǔ)償設(shè)備是依據(jù)電壓來確定無功投切量的，這有助于保證用戶的電能質(zhì)量，但對電力系統(tǒng)而言卻并不可取。因?yàn)殡m然線路電壓的波動主要由無功量變化引起，但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況而決定的，當(dāng)線路電壓基準(zhǔn)偏高或偏低時，無功的投切量可能與實(shí)際需求相去甚遠(yuǎn)，就會出現(xiàn)無功過補(bǔ)或欠補(bǔ)。
3無功補(bǔ)償容量的計(jì)算
補(bǔ)償容量的選擇，要根據(jù)變壓器的負(fù)載率和容量以及線路的負(fù)荷決定。原則是：輕負(fù)荷時不能向系統(tǒng)倒送無功，節(jié)能效益達(dá)到最大。輕負(fù)荷時，不同配變所需補(bǔ)償容量不同，當(dāng)補(bǔ)償容量等于低壓側(cè)平均無功負(fù)荷時，節(jié)能效益最大。綜合考慮高峰所需容量和節(jié)能效益，可按配變?nèi)萘坑?jì)算。
tgφ=q/p
在p不變的情況下（這同實(shí)際用戶負(fù)荷p一定是相似的）tgφ與q的變化關(guān)系：
?。?）設(shè)相角為φ1時有tgφ1,無功功率q1;
?。?）相角為φ2時有tgφ2,無功功率q2;
隨著φ值的變化，無功功率的變化可用下式表示：
△q=ql-q2=p（tgφ1-tgφ2）
在補(bǔ)償?shù)倪^程中有一個經(jīng)濟(jì)問題需要考慮。
例如：設(shè)某一有功負(fù)荷p=2000kw,自然力率為0.8.現(xiàn)需用電容器補(bǔ)償至o.93,經(jīng)計(jì)算需要增加710kvar的電容器。如將力率補(bǔ)償?shù)?.96,經(jīng)計(jì)算需增加920kvar的電容器，則需多用電容器210kvar.按現(xiàn)行市場價每kvar綜合投資60元計(jì)算，則多投資12600元。與力率0.93時相比，增加投資約30.對于實(shí)行按功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的用戶，有人認(rèn)為把力率補(bǔ)償大些可以從減收的電費(fèi)中得到益處。其實(shí)，當(dāng)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9時，按規(guī)定可減收當(dāng)月全部用電費(fèi)用的百分率很小，而6~l0kv電力補(bǔ)償電容器的年運(yùn)行費(fèi)用卻達(dá)10~17,所以補(bǔ)償量過大時取得的經(jīng)濟(jì)效益很少。因此：（1）對于已運(yùn)行的用戶，采用集中補(bǔ)償或根據(jù)晝夜負(fù)荷變化配合就地補(bǔ)償?shù)霓k法，將力率補(bǔ)償?shù)?.9~0.93為宜，以節(jié)約投資。（2）對新建企業(yè)用戶，設(shè)計(jì)上選取設(shè)備容量一般都偏大，因此帶來自然力率偏低的問題，建議盡可能使計(jì)算負(fù)荷接近實(shí)際值或以實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷來確定無功補(bǔ)償較為合理。
一般可以通過簡單的計(jì)算得到其補(bǔ)償容量：
（1）變電所集中裝設(shè)的補(bǔ)償容量可以按照主變?nèi)萘康?0~40來選擇。
?。?）配電線路上的分散補(bǔ)償容量可以按照"三分之二"法則來選擇。即：在均勻分布負(fù)荷的配電線路上，安裝電容器的最佳容量是該線路平均負(fù)荷的2/3;
（3）電動機(jī)就地補(bǔ)償以不超過電動機(jī)空載時的無功消耗為度，配變低壓側(cè)電容器補(bǔ)償要防止輕負(fù)荷時向10kv配電網(wǎng)倒送無功。
無功補(bǔ)償裝置地點(diǎn)和方式的選擇
補(bǔ)償?shù)陌惭b地點(diǎn)及方式可分為集中補(bǔ)償和分組補(bǔ)償。集中補(bǔ)償通常指裝設(shè)于地區(qū)變電所或高壓供電用戶降壓變電所母線上的高壓電容器組，也包括集中裝設(shè)于電力用戶總
配電室低壓母線上的電容器組。其優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)自動投切，利用率高，維護(hù)方便，事故少，能減少配電網(wǎng)、用戶變壓器及專供線路的無功負(fù)荷和電能損耗。而分組補(bǔ)償一般裝設(shè)于線路上、配變低壓側(cè)等。
（1）在配電所安裝高壓補(bǔ)償裝置，以平衡高壓側(cè)的無功功率。在變壓器的
高低壓側(cè)，由于勵磁電流的存在，其功率因數(shù)是不同的。當(dāng)變壓器趨于滿載時，高壓側(cè)的功率因數(shù)較低壓側(cè)低5左右，輕載時可達(dá)15左右。如果配電所的無功補(bǔ)償在高壓側(cè)進(jìn)行，則無功電流將在低壓輸配電網(wǎng)絡(luò)及變壓器內(nèi)造成有功損耗；如果只在低壓側(cè)進(jìn)行無功補(bǔ)償，則高壓側(cè)的功率因數(shù)仍會較低。而用低壓過補(bǔ)償來提高高壓側(cè)功率因數(shù)的方法，由于超前的電流同樣造成有功損耗，而且電壓升高會影響設(shè)備的運(yùn)行，因此是不可取的，所以，高壓側(cè)的無功負(fù)荷應(yīng)在高壓側(cè)進(jìn)行平衡補(bǔ)償。
?。?）在變電所低壓側(cè)安裝低壓補(bǔ)償裝置，以補(bǔ)償負(fù)荷的無功功率。補(bǔ)償電容分為固定補(bǔ)償與自動補(bǔ)償兩部分。變電所配置低壓補(bǔ)償電容，負(fù)責(zé)對供電區(qū)域進(jìn)行無功補(bǔ)償。因?yàn)橛泄ω?fù)荷是變化的，其無功負(fù)荷也隨之變化，但不論無功負(fù)荷如何變化，總可把它分為固定部分和變動部分，所以補(bǔ)償電容應(yīng)采取固定補(bǔ)償與自動補(bǔ)償相結(jié)合的方法，配置固定補(bǔ)償電容以減少投資，配置自動補(bǔ)償電容以滿足補(bǔ)償需要，做到二者兼顧。
（3）隨機(jī)補(bǔ)償。一般來說，無功補(bǔ)償裝置距負(fù)荷愈近，則補(bǔ)償效果就愈好，但從經(jīng)濟(jì)效益的觀點(diǎn)出發(fā)，就地隨機(jī)補(bǔ)償是否適宜還要以具體情況來確定。對于負(fù)載較小或變載運(yùn)行的配電小區(qū)，采取就地補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ遣贿m宜的：一是不便裝設(shè)，二是利用率低，三是投資大，四是管理不便。所以，就地隨機(jī)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄖ贿m用于較大工礦企業(yè)。
?。?）分組補(bǔ)償。用于負(fù)荷較恒定的配電線路。
選取補(bǔ)償電容2s時的幾點(diǎn)建議
電容器和大多數(shù)電器不同，當(dāng)其接于電力系統(tǒng)中時，總是在滿負(fù)荷下運(yùn)行，僅在電壓或頻率波動時，負(fù)荷才稍有變動。另外，電容器是以電介質(zhì)為工作介質(zhì)的一種電器，它的設(shè)計(jì)一般是按規(guī)定的使用條件，在可靠的基礎(chǔ)上力求經(jīng)濟(jì)合理，如果在運(yùn)行中電壓、電流和溫度超過了規(guī)定的限度，就會導(dǎo)致電容器的壽命縮短，因此應(yīng)嚴(yán)格控制電容器的運(yùn)行條件并在選擇電容器時注意以下幾點(diǎn)：
?。?）過電壓能力。一般電容器的過電壓能力至少應(yīng)該能夠達(dá)到1.1倍額定電壓，一些國外先進(jìn)品牌電容器的過電壓能力可達(dá)到更高。
?。?）耐受短路放電能力。電容器必須能承受在允許的運(yùn)行電壓下由于外部故障所引起的短路放電，此參數(shù)體現(xiàn)了電容器對外部故障的承受能力。當(dāng)然，還應(yīng)注意電容器的抗涌流能力以及環(huán)境溫度差別等。
另外，由于電容器是接在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的，當(dāng)然也要消耗有功功率，所以也要注意電容器的損耗。
影響功率因數(shù)的主要因素
電力系統(tǒng)中，電動機(jī)及其它帶有線圈（繞組）的設(shè)備很多。這類設(shè)備除了從電源取得一部分電功率作有功用外，還將耗用一部分電功率用來建立線圈磁場。這就額外地加在了電源的負(fù)坦，功率因數(shù)cos?（也稱力率）就是反映總電功率中有功功率所占的比例大小。
功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P一定時，如減少無功功率Q,則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q=0時，則其力率=1.因此提高功率因數(shù)問題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。
影響功率因數(shù)的主要因素
?。?）大量的電感性設(shè)備，如異步電動機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動機(jī)的無功消耗占了60%~70%;而在異步電動機(jī)空載時所消耗的無功又占到電動機(jī)總無功消耗的60%~70%.所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。
?。?）變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%~15%,它的空載無功功率約為滿載時的1/3.因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。
（3）供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。
當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時，一般無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響
電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。
第三章 異步電動機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備
異步電動機(jī)的定子與
轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機(jī)需要較多無功的主要因素。而異步電動機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負(fù)載率的大小無關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。
異步電動機(jī)功率因數(shù)很低，在電網(wǎng)負(fù)荷中異步電動機(jī)所占的比重較大，是城鄉(xiāng)電網(wǎng)的主要無功負(fù)荷。它使各級網(wǎng)損也相應(yīng)增大，盡管在各級變電所、配電變及各廠礦內(nèi)均裝有集中無功補(bǔ)償裝置來提高功率因數(shù)，減少電網(wǎng)線損，但集中補(bǔ)償不僅無法降低低壓電網(wǎng)的線損，而且價格較貴。特別是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)，隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的，小型家庭式的生產(chǎn)方式在各地較為普遍，家庭織機(jī)、小型砧床、車床、沖床、碾米機(jī)、脫粒機(jī)等到處都有，加上用戶分散，低壓較長，采用集中無功補(bǔ)償，仍不能降低低壓電網(wǎng)的線損。低壓電網(wǎng)的高線損率對正在實(shí)施的城鄉(xiāng)電網(wǎng)同網(wǎng)同價政策帶來困難，因此，必須對鄉(xiāng)鎮(zhèn)家庭的異步電動機(jī)推廣低價的就地?zé)o功補(bǔ)償。三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償就是一臺與異步電動機(jī)特性相配合的電容器直接并聯(lián)于該電動機(jī)，其保護(hù)僅利用原異步電動機(jī)的保護(hù)，不需要外加其它保護(hù)裝置。？
3.1 相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)暮锰?/div>
用三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償有以下好處：①簡單、價低。因?yàn)橹皇窃陔妱訖C(jī)上并聯(lián)一臺合適的專用電容器就可，不需要外加其它保護(hù)裝置，便于推廣；②不僅能提高低壓電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低了線損，同時也提高了供電電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低了配電網(wǎng)線損；③對用戶來講，節(jié)約了內(nèi)線損耗，減少電費(fèi)，同時可以不會因功率因數(shù)不合格而罰款（這對各廠礦企業(yè)內(nèi)的異步電動機(jī)也同樣）。裝置三相低壓異步電動機(jī)專用
無功補(bǔ)償電容器，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益；④提高了低壓線路的功率因數(shù)，減少末端電壓波動，改善了用戶的電壓，提高了電壓質(zhì)量，也增加了產(chǎn)品數(shù)量及質(zhì)量；⑤因?yàn)檠a(bǔ)償電容器隨電動機(jī)投切，只要補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘颗渲眠m當(dāng)，不存在無功過補(bǔ)償，有較為理想的補(bǔ)償效果。
用三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償是一種經(jīng)濟(jì)、簡單、高效、可靠的
無功補(bǔ)償方法，應(yīng)在廣大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和工礦企業(yè)推廣。為什么一個合適容量的電容器可以與異步電動機(jī)直接并聯(lián)，而不需要外加其它保護(hù)裝置，僅利用原異步電動機(jī)的保護(hù)就可，而且是一種經(jīng)濟(jì)的無功補(bǔ)償。這是因?yàn)椋?/div>
異步電動機(jī)在運(yùn)行時所需要的無功功率從異步電動機(jī)的等效電路中可知由兩部分組成：一部分是勵磁支路所需的無功功率；另一部分是負(fù)荷支路所需的無功功率。小容量的異步電動機(jī)主要是勵磁支路所需的無功功率，當(dāng)負(fù)荷從由零到滿載時，其變化很小，隨負(fù)荷的增加而略有下降；而負(fù)荷支路所需的無功功率隨負(fù)荷增加而增加，其值一般要比勵磁支路所需的無功功率要小，異步電動機(jī)容量越小，相對的比例也越小。小容量的異步電動機(jī)從空載到滿載，其總的無功功率的變化不大，以Y801.2（0.75kW）為例，空載時無功功率為0.531kvar,而滿載時為0.646kvar.
異步電動機(jī)隨著容量的增大，從空載到滿載所需的總無功功率變化相應(yīng)加大，如Y165L-2（18.5kW），空載時所需無功功率5.343kvar,而滿載時為10.651kvar.但一般空載與滿載的無功功率之比約為0.5以上。因此，對低壓異步電動機(jī)的無功補(bǔ)償，其并聯(lián)電容器在運(yùn)行時的實(shí)際補(bǔ)償容量，只要能補(bǔ)償其勵磁功率，就能使異步電動機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)在負(fù)載率從40%~100%都有較高值（0.9以上），而低負(fù)載時，其功率因數(shù)雖不能達(dá)到0.9左右，但由于所需的無功功率量很小，因此產(chǎn)生的線損不大，而比無補(bǔ)償時降低了很多。
?、谟捎诋惒诫妱訖C(jī)本身就是很好的放電線圈，所以在異步電動機(jī)外加電源電壓失去時，三相低壓異步電動機(jī)專用無功補(bǔ)償電容器可以向異步電動機(jī)放電，使電容器端電壓很快下降到零，在電網(wǎng)電壓復(fù)現(xiàn)（電網(wǎng)"重合閘"成功）時，就不會出現(xiàn)過電壓。因此，異步電動機(jī)與電容器并聯(lián)之間不能加裝熔斷器保護(hù)或開關(guān)，異步電動機(jī)與電容器應(yīng)同時投入或斷開。
?、塾捎诓⒙?lián)電容器在異步電動機(jī)的額定電壓下，所產(chǎn)生的無功功率小于異步電動機(jī)在額定電壓下空載時需要的勵磁功率（略小于空載無功功率）。當(dāng)電壓上升時，電容器所產(chǎn)生的無功功率隨電壓的平方增加，而異步電動機(jī)因鐵芯的磁飽和，其需要的無功功率增加將大于電容器的無功功率增加；當(dāng)電壓下降時，異步電動機(jī)和電容器的無功功率幾乎都將隨電壓的平方下降。因此，并聯(lián)電容器的補(bǔ)償容量在運(yùn)行時所產(chǎn)生的無功功率，總小于異步電動機(jī)的不同負(fù)載下所需的無功功率。因此，不會產(chǎn)生過補(bǔ)償。
?、苡捎陔娙萜鞯臒o功功率比補(bǔ)償異步電動機(jī)空載無功功率要略小于一點(diǎn)，也就是說僅為勵磁功率，因此，也就不會產(chǎn)生異步電動機(jī)的自勵現(xiàn)象。QC1、QC2、QC3為三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償電容器的電壓電流曲線，在運(yùn)行電壓為E1B時，電容器的無功電流分別為I0C、I0B、I0A,其中I0B就是異步電動機(jī)的勵磁電流，I0C大于異步電動機(jī)的勵磁電流I0B、I0A,小于異步電動機(jī)的勵磁電流I0B.若電容器的電壓電流曲線為QC3,當(dāng)異步電動機(jī)與專用電容器在電源斷開后，為簡化分析，假定不考慮異步電動機(jī)負(fù)載和損耗、電容器的損耗，由于異步電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子鐵芯的磁回路殘存的磁場產(chǎn)生的微小電壓E0,使電容器產(chǎn)生微弱進(jìn)相電流，電容器的進(jìn)相電流又促使異步電動機(jī)的磁通增大，而異步電動機(jī)的磁通增大又使其產(chǎn)生的電壓增大，異步電動機(jī)磁場產(chǎn)生的電壓增大，又使電容器的進(jìn)相電流進(jìn)一步增大，這樣，異步電動機(jī)磁場產(chǎn)生的電壓與電容器的進(jìn)相電流反復(fù)相互作用，使勵磁電流所感應(yīng)電壓從K點(diǎn)不斷呈階梯上升到C點(diǎn)（電容器電壓電流曲線QC3與異步電動機(jī)磁飽和曲線交點(diǎn)），達(dá)到相應(yīng)E1C,而E1C大大超過異步電動機(jī)與電容器的額定電壓E1B,這就是自勵磁現(xiàn)象。由于異步電動機(jī)在空載的情況下，也有損耗，因此，勵磁電流所感應(yīng)電壓實(shí)際上將比E1C要低。如果電容器的電壓電流曲線為QC1、QC2,即使不考慮異步電動機(jī)負(fù)載和損耗、電容器的損耗，其勵磁電流所感應(yīng)電壓從K點(diǎn)不斷呈現(xiàn)階梯上升到A（電容器電壓電流曲線QC1與異步電動機(jī)磁飽和曲線交點(diǎn)）或B（電容器電壓電流曲線QC2與異步電動機(jī)磁飽和曲線交點(diǎn)）點(diǎn)，達(dá)到相應(yīng)電壓E1A、E1B,就不可能出現(xiàn)勵磁電流所感應(yīng)電壓高于異步電動機(jī)與電容器的額定電壓的自勵磁現(xiàn)象。從上可知，只要電容器僅補(bǔ)償異步電動機(jī)的勵磁功率，就不會產(chǎn)生異步電動機(jī)的自勵磁現(xiàn)象。
?、輰τ诩彝ナ降漠惒诫妱訖C(jī)采用三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)男允敲黠@的，因?yàn)樗绕渌麖?fù)雜的無功補(bǔ)償要便宜得很多。就是對無功負(fù)荷僅為異步電動機(jī)的工礦、等也是經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)殡m然它裝置的總無功容量要為集中的無功裝置的3~4倍，但集中無功補(bǔ)償裝置的單位容量的費(fèi)用卻為單臺電容器的4~6倍左右，異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償總費(fèi)用要比集中的無功補(bǔ)償裝置少。而且用三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償電容器可降低工礦、企業(yè)內(nèi)的低壓電網(wǎng)損失，節(jié)約了能源，減少了電費(fèi)支出。？
?、奕嗟蛪寒惒诫妱訖C(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償電容器可選用常用的低壓自愈式金屬化膜電容器，該電容器以金屬化聚丙烯薄膜作電極和介質(zhì)，其產(chǎn)品具有自愈性，并且有重量輕、體積小、損耗低等優(yōu)點(diǎn)，特別是價格低?？紤]到鄉(xiāng)鎮(zhèn)電網(wǎng)電壓波動較大，后半夜稍偏高，加上無功補(bǔ)償后，電壓要相應(yīng)提高一點(diǎn)，電容器的額定電壓宜選用常規(guī)的400V產(chǎn)品。但要求電容器接線端子、引線等
帶電體不能外露，以保安全。
綜合以上所說，可明顯得出：三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償是一種經(jīng)濟(jì)、簡單、高效、可靠的無功補(bǔ)償，不僅適合鄉(xiāng)鎮(zhèn)分散的加、家庭式工業(yè)內(nèi)裝置的異步電動機(jī)，而且對工礦的異步電動機(jī)也同樣適合。它是降低低壓供電網(wǎng)和電表后的內(nèi)線損耗的最有效方法。曾在杭州市余杭區(qū)、臨安縣的家庭每臺織機(jī)中裝置三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償電容器，取得了較為理想的效果。
3.2 Y系列、J02系列常用小型三相異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償電容器配置容量
由于異步電動機(jī)補(bǔ)償電容器容量要根據(jù)各種規(guī)格電動機(jī)，在不同負(fù)載下所需的無功功率以及電容器容量誤差等因素來選擇，不能簡單地用0.4乘電動機(jī)的額定容量來確定。這因?yàn)椴煌盗?、不同容量、不同極數(shù)其空載的無功功率與電動機(jī)的額定功率之比相差是很大的，三相低壓異步電動機(jī)專用無功補(bǔ)償電容器容量的選擇既要考慮到盡量減少不同規(guī)格數(shù)量，要考慮一種規(guī)格盡可能多適用于幾種異步電動機(jī)的
型號，同時又要保證異步電動機(jī)在不同的負(fù)載時功率因數(shù)滿足補(bǔ)償要求和不發(fā)生自勵磁現(xiàn)象的過電壓。？
3.3變壓器的無功消耗
變壓器的無功消耗和有功損耗一樣，也由鐵損和銅損組成。變壓器的無功消耗可由下式求得：
由于變壓器的無功消耗，尤其是空載無功消耗很大，因此變壓器本身的功率因數(shù)很低。
變壓器無功消耗對功率因數(shù)的影響
在考核用戶的功率因數(shù)時，通常是考核變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)值，即變壓器消耗的有功和無功電量也參與功率因數(shù)的計(jì)算。如果是高壓計(jì)量的用戶，變壓器消耗的有功和無功電量已經(jīng)走表，這時按電能表抄見電量計(jì)算的功率因數(shù)值即為一次功率因數(shù)；如果是低壓計(jì)量用戶，則應(yīng)將電能表的抄見電量加上變壓器消耗的有功和無功電量計(jì)算出的功率因數(shù)值為一次功率因數(shù)。計(jì)量方式對計(jì)算功率因數(shù)沒有影響，而對一次功率因數(shù)有影響的是變壓器的負(fù)載率和負(fù)荷的功率因數(shù)。負(fù)載率越低，對一次功率因數(shù)影響就越大，反之越小。負(fù)載率是由生產(chǎn)用電狀況所決定的，而負(fù)荷功率因數(shù)是可以通過電容器補(bǔ)償提高的。我們要討論的是當(dāng)變壓器的二次負(fù)荷技電容器補(bǔ)償后，二次功率因數(shù)已達(dá)到 0 . 95 以上時，由于變壓器的負(fù)載率低，造成了變壓器的無功消耗對一次功率因數(shù)的影響。
下面以實(shí)例加以說明。這里通過計(jì)算求出變壓器的無功消耗及其一次功率因數(shù)。計(jì)算出的一次功率因數(shù)值同一次計(jì)量的功率因數(shù)值相等。
某用戶變壓器為 SJ 型 10kV , 320kVA ,短路電壓 UK% 為 4 . 5% ,空載電流 I0 %為 7 %,空載損耗 P0- 為 1 . 4kW ,銅損 PK 為 5 .7kW ,低壓電能表月實(shí)抄電量的有功為 54720kW · h ,無功為 17920kvar · h ,二次側(cè)有電容器補(bǔ)償。
1.計(jì)算變壓器的有功損耗變壓器的電阻
在低壓功率因數(shù)自動補(bǔ)償中，電容器投在變壓器的二次側(cè)，自動
控制器按變壓器二次負(fù)荷的相位角[FS:Page] ?2 的大小控制電容器的投切，因此變壓器的無功消耗得不到補(bǔ)償；在變壓器空載時，由于變壓器二次沒有負(fù)荷電流，自動控制器停止工作，變壓器的空載無功損耗也得不到補(bǔ)償。對于變壓器無功消耗的補(bǔ)償，過去也曾采取一些措施，但效果不佳。本文提出在低壓功率因數(shù)自動補(bǔ)償中，改變控制器原接線方式。使自動控制器按一次相位角 ?1 的大小來控制電容器的投切，這樣即能補(bǔ)償可變無功消耗及空載無功消耗，又能實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償?shù)男Ч?/div>
1.結(jié)線方式。原電壓回路不變，電流改接到變壓器一次側(cè)
互感器二次回路。由于 ?1 > ?2 ,從而達(dá)到補(bǔ)償變壓器無功消耗的目的。
2.靈敏度。按變壓器一次相位進(jìn)行控制。當(dāng)變壓器空載時，變壓器的一次電流只有變壓器的空載電流，
那么變壓器的空載電流能否滿足控制器工作電流，我們以 S7 型 315kVA 變壓器為例來說明。一般控制器的靈敏度為 50mA , 315kVA 變壓器一次側(cè)額定電流為 18 . 18A 、空載電流百分?jǐn)?shù)為 2.3 %,實(shí)際選配的
電流互感器變比為 20 / 5 ,則：
3.2.4供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響
當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。
3.2.5電網(wǎng)頻率的波動也會對
異步電機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響
電力系統(tǒng)中的所有電氣設(shè)備都有額定工作電壓和頻率。電氣設(shè)備在其額定電壓和頻率下工作時，其綜合經(jīng)濟(jì)效果最好。例如感應(yīng)電動機(jī)，若電壓偏高，雖然轉(zhuǎn)矩增大，但電流也增大，溫度增高，將使電動機(jī)絕緣嚴(yán)重受損，縮短使用壽命；若電壓偏低，則轉(zhuǎn)矩將按電壓二次方減少，而在負(fù)荷轉(zhuǎn)矩要求一定的情況下，繞組電流必然增大，并使電動機(jī)絕緣受損，縮短使用壽命；若電源頻率偏高或偏低，也將嚴(yán)重影響電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和使用壽命。我國采用的 供電頻率（簡稱"工頻"）為50Hz,頻率偏差范圍一般規(guī)定為±0.5Hz.又如熱輻射光源，若電壓偏高，其使用壽命將大大縮短；若電壓偏低，則光源照度將明顯變暗，嚴(yán)重影響工作效率和人的視力健康。可見電網(wǎng)電壓波動將影響電氣設(shè)備的正常工作和使用壽命。因此，電壓、頻率和供電連續(xù)可靠，是表征電能質(zhì)量的基本指標(biāo)。
高次諧波電流通過變壓器，可使變壓器的鐵心損耗明顯增加，從而使變壓器過熱，縮短使用壽命。高次諧波電流通過交流電動機(jī)，不僅會使電動機(jī)鐵心損耗明顯增加，而且還將會使電動機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生振動，嚴(yán)重影響機(jī)械加工的產(chǎn)品質(zhì)量。高次諧波對電容器的影響更為突出，含有高次諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對高次諧波的阻抗很小，電容器極易因過負(fù)荷而燒壞。此外，高次諧波電流可使電力線路的能耗增加，使計(jì)算電費(fèi)的感應(yīng)式電度表的計(jì)量不準(zhǔn)確；還可能使電力系統(tǒng)發(fā)生電壓諧振，在線路上引起過電壓攀升，有可能擊穿線路設(shè)備的絕緣。高次諧波的存在，還可能使系統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動裝置誤動或拒動，并可對附近的通信設(shè)備和線路產(chǎn)生信號干擾。
第四章低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆椒?/div>
提高功率因數(shù)的主要方法是采用
低壓無功補(bǔ)償技術(shù)，我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。
4.1隨機(jī)補(bǔ)償
隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負(fù)荷。
隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護(hù)簡單、事故率低等。
為防止電機(jī)退出運(yùn)行時產(chǎn)生自激過電壓，補(bǔ)償容量一般不應(yīng)大于電機(jī)的空載無功，即：Qc≤√3UeIo,通常推薦Qc=（0.95∽0.98）√3 UeIo.
4.2隨器補(bǔ)償
隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是用電單位無功負(fù)荷的主要部分，對于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價的增加。
隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無功最有效的手段之一。
1 隨器補(bǔ)償電容器
?。?）隨器補(bǔ)償?shù)碾娙萜髦饕脕硌a(bǔ)償變壓器的空載無功損耗，所以其容量應(yīng)按變壓器容量的5%~7%選定。
?。?）隨器補(bǔ)償電容器應(yīng)安裝在配電屏總開關(guān)的前面。有的安裝在配電屏的母線上，這樣就會出現(xiàn)低壓線路停電
檢修時，由于電容器還未來得及放電而造成低壓線路觸電事故。
（3）電容器接線必須牢固，以防電容器出現(xiàn)斷線、缺相運(yùn)行，造成三相電壓不平衡，嚴(yán)重時某相對地電壓超過220V,從而損壞電容器和其他電器設(shè)備。最好采用具有缺相保護(hù)功能的
斷路器，確保電容器安全運(yùn)行。
2 隨線補(bǔ)償電容器
?。?）隨線補(bǔ)償?shù)碾娙萜鲬?yīng)安裝在支線熔斷器以后，以便于電容器的檢修。每組電容器的容量不宜超過200kvar,以便于電容器的放電。
（2）在有隨線補(bǔ)償電容器的線路停電時，應(yīng)間隔20min再送電（20min后，電容器通過變壓器自放電的過程基本完畢），否則會出現(xiàn)帶電荷合電容器的現(xiàn)象，就會損壞電容器。
?。?）電容器所有熔斷器的熔絲應(yīng)按電容器額定電流的1.5~2.5倍選，且三相熔絲要選的一樣粗細(xì)，以防一相熔絲熔斷，出現(xiàn)電容器缺相運(yùn)行，這樣容易出現(xiàn)諧振過電壓，從而損壞電容器和其他電器設(shè)備。
?。?）在檢修時如果電容器兩極直接放電，會損壞電容器，并造成事故。正確放電過程如下：
①電容器停電時，應(yīng)先使電容器所在的支線停電，使電容器通過該支線上的配電變壓器進(jìn)行自放電，一般需要經(jīng)過20min.
?、谧苑烹娡瓿珊?，要用
接地線使電容器各極分別對地放電。
?、塾萌拥鼐€的一端分別連接電容器的三級，另一端接在一起，進(jìn)行直接放電。這時就可以對電容器進(jìn)行檢修工作。
4.3跟蹤補(bǔ)償
跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。
跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。
主要有3種：定值補(bǔ)償式、電流跟蹤式、電壓跟蹤式。
1、定值補(bǔ)償式
定值補(bǔ)償式補(bǔ)償器根據(jù)其工作
原理可以分為有源定值補(bǔ)償器和無源定值補(bǔ)償器。無源定值補(bǔ)償器的
工作原理是利用自禍變壓器補(bǔ)償比差，利用移相器補(bǔ)償角差。利用此補(bǔ)償器可以將電能表計(jì)端電壓與
電壓互感器二次端電壓幅值與相位調(diào)至相等，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹＿@種補(bǔ)償器可以對回路阻抗和回路電流一定的線路調(diào)節(jié)補(bǔ)償電壓，使二次壓降為零。但如果二次回路阻抗或電流發(fā)生變化，例如熔體電阻或端子接觸電阻增大或電壓互感器二次負(fù)載電流發(fā)生改變，這種補(bǔ)償器就不能適應(yīng)了。采用無源定值補(bǔ)償裝置，可靠性相對較高。
有源定值補(bǔ)償器的工作原理是在電壓互感器二次回路中計(jì)量儀表接入端口處串入一個定值的電壓源，達(dá)到提高計(jì)量儀表的入口電勢以抵消二次壓降影響的目的。當(dāng)電壓互感器二次回路阻抗和回路電流一定時，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電壓，使二次壓降接近于零，但二次回路阻抗或電流發(fā)生變化時，這種補(bǔ)償器就不適應(yīng)了。
總之，定值補(bǔ)償器在電壓互感器二次回路阻抗和回路電流不變的前提下，能夠?qū)Χ螇航颠M(jìn)行有效補(bǔ)償，由于不能跟蹤電壓互感器二次回路阻抗和回路電流發(fā)生變化而引起二次壓降的變化，因此不可避免地引起電壓互感器二次綜合壓降欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償現(xiàn)象發(fā)生。由此可以說，定值補(bǔ)償裝置（無論是有源的，還是無源的）在設(shè)計(jì)時就存在缺陷，是絕對禁止用于二次壓降補(bǔ)償?shù)摹?/div>
2、電流跟蹤式
電流跟蹤式補(bǔ)償器基本原理是利用電子線路通過對電壓互感器二次回路電流的跟蹤產(chǎn)生一個與二次回路阻抗大小相等的負(fù)阻抗，最終使二次回路總阻抗等效為零。這樣，即使有PT二次回路電流的存在，由于回路阻抗為零，壓降也為零。這種補(bǔ)償器對于二次線路較長的，可補(bǔ)償線阻。對于PT二次負(fù)載不穩(wěn)定、二次電流變化的回路，由于二次回路總阻抗等效為零，可以保持壓降為零。但對于二次回路阻抗變化的情況，則不能自動跟蹤，也就是說，如果熔體電阻或接點(diǎn)接觸電阻發(fā)生改變，則回路等效阻抗就不為零了，這是該補(bǔ)償器的局限性。
換句話就是說，電流跟蹤式補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)前提是電壓互感器二次回路阻抗不變，只要跟蹤二次回路變化的電流就可以達(dá)到補(bǔ)償二次壓降的目的。從前面對二次回路阻抗的特性分析可以看出，電壓互感器二次回路阻抗是變化的，且具有一定隨機(jī)性，顯然電流跟蹤式補(bǔ)償器同樣存在設(shè)計(jì)缺陷，可能造成過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償現(xiàn)象的發(fā)生，因而也是絕對禁止用于二次壓降補(bǔ)償?shù)摹?/div>
3、電壓跟蹤式
電壓跟蹤式補(bǔ)償器的原理是通過一取樣電纜，將電壓互感器二次端電壓信號與電能表計(jì)端電壓信號進(jìn)行比較，以產(chǎn)生1個與二次回路壓降大小相等，方向相反的電壓疊加于電壓互感器二次回路，使電壓互感器二次回路電壓降等效為零。當(dāng)電壓互感器二次回路電流或阻抗改變導(dǎo)致回路電壓改變時，補(bǔ)償器自動跟蹤壓降的變化并產(chǎn)生相應(yīng)變化的補(bǔ)償電壓疊加于電壓互感器二次回路，以保持回路壓降始終為零。因而這種補(bǔ)償器幾乎適用于所有場合，唯一不足的是需同時敷設(shè)一條從電壓互感器二次端電壓信號取樣的電纜。
1.獨(dú)特的電容補(bǔ)償方式。
2.先進(jìn)的智能型無功控制策略。
3.先進(jìn)的配電監(jiān)控終端。
4.先進(jìn)的電容投切開關(guān)。
5.充分的防護(hù)設(shè)計(jì)。
6.充分的安全設(shè)計(jì)。
7.充分的獨(dú)特的模塊化設(shè)計(jì)
電容器的容量Q=ω×C×U×U=2×π×f×C×U×U
4.4低壓無功補(bǔ)償應(yīng)注意的問題
1無功補(bǔ)償裝置的選擇
無功補(bǔ)償按工作特性可分為靜態(tài)補(bǔ)償和動態(tài)補(bǔ)償。靜態(tài)補(bǔ)償一般采用機(jī)械式接觸器投切電容器組，適用于負(fù)載變化比較小的場合。動態(tài)補(bǔ)償是以晶閘管作為執(zhí)行元件，用工業(yè)PC機(jī)進(jìn)行控制，通過跟蹤檢測負(fù)荷的無功電流或無功功率，對多級電容器組進(jìn)行分組投切。晶閘管作為無觸點(diǎn)開關(guān)能快速通斷，不產(chǎn)生電弧及噪聲。采用晶閘管開關(guān)，電容器無需放電即可重投，動態(tài)響應(yīng)時間在1個周期（20ms）之內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地跟蹤補(bǔ)償，從而提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。另外，動態(tài)補(bǔ)償?shù)姆窒嗤肚泄δ芸梢允狗窒嘌a(bǔ)償?shù)靡詫?shí)現(xiàn)。因靜態(tài)補(bǔ)償投入成本較低，得到眾多用戶的首選。但一味地追求成本低，使用靜態(tài)補(bǔ)償，而不考慮具體負(fù)載的情況，那電容補(bǔ)償就不會達(dá)到滿意的效果。
我們設(shè)計(jì)選用補(bǔ)償裝置時一定要根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮，決定是選用靜態(tài)補(bǔ)償裝置還是動態(tài)補(bǔ)償裝置。如用電設(shè)備是個大功率的提升設(shè)備，其提升速度很快，導(dǎo)致用電負(fù)載的急劇變化，而其采用的是靜態(tài)補(bǔ)償，但靜態(tài)補(bǔ)償裝置的反應(yīng)速度及投切速度根本跟不上負(fù)載的變化。其實(shí)這種場合不適宜采用靜態(tài)補(bǔ)償，而應(yīng)采用動態(tài)補(bǔ)償，利用動態(tài)補(bǔ)償裝置反應(yīng)靈敏、投切速度快的特點(diǎn)，根據(jù)負(fù)載的變化，決定是否投切。
2采樣電流的選擇
無功自動補(bǔ)償投切裝置工作原理是：裝置采集電網(wǎng)中電流、電壓，并對其大小、相位進(jìn)行比較，決定是否投切電容器。正常用電中補(bǔ)償裝置電壓一經(jīng)確定，一般不會變化，變化的主要是電流，而此電流選用是否得當(dāng)，會影響
電容補(bǔ)償裝置的正確工作。我們曾遇到過兩例。
例1:我公司曾為江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院低壓配電室做過一批
GCK配
電柜，用戶反映
電容補(bǔ)償柜工作
不正常。經(jīng)調(diào)試和分析，發(fā)現(xiàn)是采樣電流接錯了。原來圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中采樣裝在A相上，而現(xiàn)場安裝到C相上，導(dǎo)致補(bǔ)償裝置采集不到正確信息而不能正常工作。后經(jīng)調(diào)整，重新設(shè)置，補(bǔ)償柜正常工作，功率因數(shù)提高到正常設(shè)定值。
例2:鎮(zhèn)江某一銅加工企業(yè)，在功率因數(shù)很低的情況下，電容器不能自動投入，手動投入了幾組電容器，功率因數(shù)卻沒有多大變化。經(jīng)檢查分析，采樣電流應(yīng)取自
進(jìn)線柜，即采樣電流互感器要裝于進(jìn)線柜上，而這里卻把采樣電流互感器裝到
出線柜上，導(dǎo)致裝置采集了錯誤的電流信號而不能正常工作。
從以上兩例可以看出，采樣電流互感器必須安裝在進(jìn)線柜，也就是此互感器上的電流應(yīng)能反映
電容柜所要補(bǔ)償?shù)恼麄€線路的負(fù)載的變化情況。另外，采樣電流互感器所接的相位還必須和電容投切補(bǔ)償裝置所采用的電壓相位相配合。這樣才能保證裝置采集到正確的比對信號，根據(jù)負(fù)載的實(shí)際情況決定是否投切電容器，才能有效地提高負(fù)載的功率因數(shù)。
無功自動補(bǔ)償按性質(zhì)分為三相電容自動補(bǔ)償和分相電容自動補(bǔ)償。
三相電容自動補(bǔ)償適用于三相負(fù)載平衡的供配電系統(tǒng)。因三相回路平衡，回路中無功電流相同，所以在補(bǔ)償時，調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號取自三相中的任意一相，根據(jù)檢測結(jié)果，三相同時投切可保證三相電壓的質(zhì)量。三相電容自動補(bǔ)償適用于有大量的三相用電設(shè)備的廠礦企業(yè)中，如我們以上所述均為三相電容自動補(bǔ)償，但有的時候卻不宜采用三相電容自動補(bǔ)償，因?yàn)檫_(dá)不到補(bǔ)償?shù)淖罴研Ч?/div>
在
民用中大量使用的是單相負(fù)荷，照明、空調(diào)等由于負(fù)荷變化的隨機(jī)性大，容易造成三相負(fù)荷的嚴(yán)重不平衡，尤其是住宅樓的用電在運(yùn)行中三相不平衡更為嚴(yán)重。由于調(diào)節(jié)補(bǔ)償無功功率的電流采樣信號取自三相中的任意一相，這樣就會造成未檢測的兩相要么過補(bǔ)償，要么欠補(bǔ)償。如果過補(bǔ)償，則補(bǔ)償相的回路電流增大，線路及斷路器等設(shè)備由于電流的增加而導(dǎo)致發(fā)熱被燒壞。這種情況下用傳統(tǒng)的三相無功補(bǔ)償方式，不但不節(jié)能，反而浪費(fèi)資源，難以對系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行有效補(bǔ)償，而且補(bǔ)償過程中所產(chǎn)生的過、欠補(bǔ)償?shù)缺锥烁鼘φ麄€電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的危害。
對于三相不平衡，用電系統(tǒng)采用分相電容自動補(bǔ)償裝置是解決問題的一種較好辦法，其原理是調(diào)節(jié)無功功率的采樣電流信號分別取自三相中的每一相，根據(jù)每相感性負(fù)載的大小和功率的高低進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，對其它相不產(chǎn)生相互影響，故不會產(chǎn)生欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償?shù)那闆r，這就是分相動態(tài)補(bǔ)償優(yōu)越性的具體運(yùn)用。分相動態(tài)自動無功補(bǔ)償能自動檢測各相負(fù)載的功率，同時自動分相投入各相所需的電容補(bǔ)償量，以使各相的無功功率補(bǔ)償達(dá)到最佳狀態(tài)，對于大量使用單相用電負(fù)載，易產(chǎn)生三相不平衡的用電單位如住宅小區(qū)、賓館、飯店、大型商場等
民用建筑的配電系統(tǒng)宜選用。它有提高功率因數(shù)、改善電壓質(zhì)量、節(jié)約用電、增大變壓器有功容量等顯著效果，滿足了供用電的要求。
目前低壓補(bǔ)償電容器技術(shù)和自動投切裝置制造質(zhì)量都有了很大提高，筆者認(rèn)為在這類民用建筑的配電系統(tǒng)中分組設(shè)置補(bǔ)償電容，即根據(jù)使用功能區(qū)分，在用電較集中、電氣設(shè)備功率較大的
配電箱處設(shè)置電容補(bǔ)償裝置較為適宜。分組補(bǔ)償可提高設(shè)備利用率，減少線路中損耗。因此，對于大型商場、寫字樓等大量使用低電壓設(shè)備的民用建筑設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)具體情況采用分組補(bǔ)償方式比較合理。
4關(guān)于實(shí)時無功補(bǔ)償?shù)奶接懠捌浣鉀Q方案
隨著我國
電力工業(yè)的迅猛壯大，電網(wǎng)逐步擴(kuò)張，電力負(fù)荷增長很快，電壓等級越來越高，電網(wǎng)、發(fā)電廠以及單機(jī)容量也越來越大，電網(wǎng)覆蓋的地理面積在不斷擴(kuò)大。但是，由于地理環(huán)境、燃料運(yùn)輸、水資源及經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模等諸多因素的影響，致使電源（發(fā)電廠）分布不均衡，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和優(yōu)良的電能質(zhì)量，就必須解決遠(yuǎn)距離輸電、電壓調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償?shù)葐栴}。
電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及
電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損失、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素，電壓質(zhì)量與無功是密不可分的，可以說，電壓問題本質(zhì)上就是無功問題。解決好無功補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義。
目前，許多地方電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)依然采用傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，有載調(diào)壓變壓器、靜電電容器等只能手動調(diào)節(jié)和投切，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時電壓調(diào)節(jié)或無功補(bǔ)償。因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)時無功補(bǔ)償以保證電力系統(tǒng)電壓的連續(xù)穩(wěn)定性，是本文研究和探討的主要方向。
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